地鐵深基坑中采用鉆孔咬合樁支護技術的探索

孟永升

（中鐵建誠合瑞正風險管理咨詢有限公司， 北京 100855）

0 前言

全套管鉆孔咬合樁施工是在排樁間采用套管鉆機成孔工法、超緩凝混凝土施工技術，套管切割而相互咬合的鋼筋混凝土樁墻。該工法具有無需泥漿護壁、樁體整體性好、抗?jié)B能力強、混凝土充盈系數(shù)小、環(huán)境污染小、工程造價低等優(yōu)點，這種支護結構具有良好的工程性能“圍護+結構+止水”。

目前經(jīng)過多個城市的工程實踐，在深圳、南京、杭州、天津等深基坑工程中已推廣應用，適用于粉土地層、淤泥質地層、流砂地質以及地下水富集軟土地層等。

1 工程簡介

寧～句城際軌道交通工程起點位于南京市馬群樞紐，終點至鎮(zhèn)江市句容市高鐵句容站，屬于城際軌道交通群——寧鎮(zhèn)揚一體化的組成單元。該線路DS6-TA02標楊塘路站～東大街站明挖區(qū)間起始里程為：YK38+439.546～YK39+010.348，全長570.8m，寬度為9.8m～21.8m。其中洞口～盾構井段為長243.3m的地下單層多跨箱型結構，開挖深度為7.3m～15.0m，大里程處擴大端兼做楊～東盾構區(qū)間盾構始發(fā)井；其余為U型槽段敞口段。

楊～東明挖區(qū)間為地下單層結構，圍護結構采用Φ1000@800鉆孔咬合樁，成樁深度為13.1m～20.2m。

1.1 工程周邊環(huán)境

楊～東明挖區(qū)間位于東昌中路，地勢平坦，東側與句容河最小距離為10m，因河流多次改道，為句容河沖洪積區(qū)域。工程周邊為多棟高層居民樓房建筑和學校。車站周邊有等多條涉水、帶壓的市政管線。

1.2 工程地質條件

工程地質地層從上至下依次為①-1雜填土、①-2素填上、②-1b2-3粉質黏土、②-2b3-4粉質黏土、②-3b-2粉質黏土、③-4e-2含卵石礫砂、K2p-2a強風化粉砂質泥巖、K2p-3b中風化粉砂質泥巖。地下結構頂板、底板大部分均位于黏土層中，其中大里程盾構井底板位于③-4e2含卵石礫砂層中。工程地質詳見表1

1.3 水文地質條件

本工程地下水類型為孔隙潛水、孔隙式承壓水及基巖裂隙水。孔隙潛水近地表分布，主要賦存于淺層人工填土中，水位平均埋深2.47m，其透水性較好、賦水性較差；主要補給來源為大氣降水、地表水滲入及管道滲漏。孔隙式承壓水賦存于粉土及含卵石礫砂層，水位埋深16.0m，水量豐富，具有承壓性。基巖裂隙水主要賦存于粉砂質泥巖、砂巖、凝灰角礫巖全、強風化帶，中等風化帶巖芯較完整，局部破碎，裂隙發(fā)育，賦水性較差。主要接受側向滲補及上部潛水下滲補給。

2 基坑支護結構比選

基坑底板所處位置為卵石砂礫、粉質黏土等地層，地質復雜多變，層間差異性比較大。而粉質黏土地層的特點為強度低、工程性較差，再加上地下水位比較高，遇水后的粉質黏土層對基坑的穩(wěn)定性有較大影響。基坑支護結構不僅選用較大的剛度、較強的止水能力，同時本工程還要有較好的經(jīng)濟性。根據(jù)江南軟土地基的特點，綜合考慮本工程的水文地質、工程地質情況，以及基坑周邊環(huán)境條件、開挖深度等因素，將成樁較成熟的工藝進行比選，如鉆孔灌注樁結合旋噴樁止水帷幕、地下連續(xù)墻、全套管鉆孔咬合樁3種方案，支護方案對比表見表1。

表1 基坑支護方案對比一覽表

經(jīng)過工程項目技術、安全、商務等綜合方案的對比分析，以及邀請暗挖專家咨詢組的意見，選擇全套管鉆孔咬合樁作為本基坑的圍護結構。

鉆孔咬合樁有以下優(yōu)點：

1）咬合樁具有擋土性、止水抗?jié)B功能，可靠性高，且工程造價比地下連續(xù)墻低30%～40%左右，比鉆孔灌注樁外部加旋噴樁止水帷幕方案低20%左右；

2）咬合樁成孔過程中鋼套管全程跟進，對基坑周邊的土體擾動小，同時不需要泥漿護壁，對環(huán)境污染小，文明施工程度高；

3）施工靈活，可以根據(jù)工程需要轉折變線多角度，同時占地面積小，成樁速度快。

3 鉆孔咬合樁施工

3.1 成樁順序

鉆孔咬合樁是平面布置的相鄰混凝土排樁之間連續(xù)排列相互咬合樁，其樁體圓周相嵌。A樁為不配鋼筋的素樁，B樁為鋼筋混凝土樁（簡稱葷樁），其中A樁使用超緩凝混凝土技術工藝；成樁時第一步施工A1素樁和A2素樁，第二步施工中間的B1葷樁，然后施工A3素樁，接著施工B2葷樁，以此類推，完成結構墻的施工過程。其成樁順序為A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3……，成樁順序見圖1。需要注意的是利用素樁超緩凝混凝土的特性，需要在A樁混凝土初凝之前完成B樁的施工，而同時要求A樁還具有一定的流動性；各樁之間要快速、連續(xù)施工，以達到兩種樁的有效咬合相嵌來保證其整體連續(xù)和密閉不透水。

圖1 各樁成樁順序圖

3.2 施工工藝

鉆孔咬合樁施工分為：導墻施工、套管跟進鉆孔取土、鋼筋籠安裝、灌注水下混凝土、套管拔出等5個部分。

3.3 鉆孔咬合樁施工

首先進行導墻的施工，當導墻混凝土具有一定強度后，鉆機就位依次施工A樁、B樁。A樁為超緩凝C20，B樁為C35鋼筋混凝土，同類樁間隔施工，相鄰兩樁咬合20cm。利用A樁的超緩凝性，在B樁施工時采用套管鉆機鉆進，并切割掉相鄰A樁的相嵌部分混凝土，實現(xiàn)兩樁之間的咬合。

3.3.1 導墻施工

為保證成孔的精確度和順直度，以及提高鉆機就位效率，在樁孔位置設C20混凝土導墻，其厚度為40cm，導墻內(nèi)配鋼筋為HPB300Φ10鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格尺寸為200mm。導墻采用定型鋼模板組合施工，內(nèi)徑大于設計樁徑2cm，垂直度小于2‰。

3.3.2 施工設備

鉆孔咬合樁采用CGJ1500沖抓型全套管全回轉搓管機，其工作時能往復搓動、提升及下壓鋼套管，鋼套管直徑為1m。另外履帶吊作為提升設備，完成搓管機的移位、沖抓斗的沖抓作業(yè)、成樁后安放鋼筋籠、灌注混凝土等工作。

3.3.3 咬合樁鉆孔

首先將套管鉆機就位，鉆機調(diào)整水平，保證套管中心、抱管器中心與設計樁孔中心在同一軸線上。然后吊裝安放首節(jié)套管至鉆機鉗口，搓管機通過正向、反向扭動，同時壓入套管并下切土體，在套管保護作用下用利用沖抓斗的自身重量和加速度沖抓抓土。接著安裝第二節(jié)套管，連續(xù)重復下壓套管和抓土工序，直到設計樁底標高。若沖抓過程中遇到巖層時，換抓斗改為旋挖鉆進行鉆進。

施工過程中鉆孔咬合樁的垂直度控制是關鍵的環(huán)境，首先校正套管的順直度，偏差控制在1‰～2‰；成孔過程中在地面上利用相互垂直的兩個方向，采用吊錘球、經(jīng)緯儀等方法來監(jiān)測套管垂直度。

3.3.4 鋼筋籠制作和安裝

在鋼筋加工場集中加工鋼筋籠，主筋采用機械連接，同時在籠體周邊設置混凝土墊塊來保證主筋的保護層厚度。然后吊裝鋼筋籠至設計位置，最后用限位裝置固定。

3.3.5 澆筑混凝土

素樁采用C20超緩凝混凝土，葷樁采用C35鋼筋混凝土，素樁超緩凝混凝土的緩凝期的穩(wěn)定性是咬合樁工藝成敗的關鍵。

采用導管法水下混凝土澆筑工藝，罐車運輸混凝土至孔口附件，采用履帶吊提升吊斗灌注混凝土，導管埋深宜為2～6m；同時液壓鉆機使鋼套管保持著均勻的轉動速度并提升，提升過程中不斷監(jiān)測并計算混凝土頂面高度，始終保持混凝土面高于套管底1～2m，依次逐段拆除套管，最后樁基超灌0.5m以上來保證樁頂混凝土質量。

4 施工中出現(xiàn)的問題及解決方法

4.1 管涌現(xiàn)象的發(fā)生

在富水軟土地層中，葷樁成孔過程中素樁還未初凝但還具有流塑性，而套管內(nèi)部和外部壓力差的原因，易出現(xiàn)“管涌”現(xiàn)象。應采取預防措施為：

1）鋼套管跟進始終保證管底超前開挖面一定距離，一般大于2.5m，人為的創(chuàng)造一段“瓶頸”，限制超緩凝混凝土的涌入；

2）素樁混凝土采用較小的塌落度，宜為160～180mm，盡可能減小混凝土的流動性；

3）也可在套管內(nèi)加入一定的水（或泥漿），使套管內(nèi)水土壓力增大，來平衡素樁混凝土和承壓水的壓力。

4.2 混凝土超緩凝問題

葷樁成孔時需與超緩凝素樁咬合20cm，咬合樁的混凝土凝固時間控制是咬合樁的重點，素樁混凝土具有自穩(wěn)的強度和可塑性，如果凝固過快時會造成葷樁的成孔困難。

1）超緩凝混凝土通過實驗室配合比試驗，通過試樁取得各施工參數(shù)，保證混凝土優(yōu)良性能；

2）駐站人員在混凝土出站前不斷監(jiān)測超緩凝混凝土配合比；

3）葷樁的成孔時間不宜過快或過慢，否則有可能對已成的素樁造成損害；

4）葷樁混凝土緩凝時間考慮素樁成樁時間，而素樁的影響因素有：水文地質、工程地質，及樁長、樁徑和鉆進性能等。按照以下公式計算素樁緩凝時間：

T=3t+K

式中：T——素樁混凝土的初凝時間（即緩凝時間）

K——儲備時間，一般取12小時

t——單樁成樁所需要時間

混凝土3d強度值R不大于3Mpa。

4.3 分段接頭的處理方法

分段施工時存在各段之間的接頭問題。鉆孔成樁后灌滿干砂，即接頭采用砂樁，后施段施工接頭時挖出砂樁即可。其示意圖見圖2

圖2 分段接頭措施示意圖

5 施工效果評價

CGJ1500型搓管機采用搓管油缸和壓拔油缸雙液壓系統(tǒng)，套管的搓動、上升、下壓動作可同時進行互不干擾，應對施工現(xiàn)場地質事故的能力有很大提高，套管鉆進能力和成樁效率較高。楊～東明挖區(qū)間咬合樁設計數(shù)量共530根，圍護結構于2019年3月初開始施工，5月底結束，平均每臺搓管機月施工60根。成樁質量好、施工效率高，后經(jīng)檢測樁混凝土強度、樁體完整性、樁身垂直度、樁間咬合、樁身止水效果等均達到技術標準，達到了預期效果。

6 結束語

鉆孔咬合樁支護結構適用于地形條件限制較大、軟土地基的基坑，地層適應性強，成樁效率高，安全性高，連接形式靈活，可以與周圍樁進行任意角度的連接。實踐證明其成樁質量優(yōu)良、垂直度高，止水效果較好；樁體配筋率低，獲得較好的經(jīng)濟性。但是在超緩凝混凝土技術以及事故樁的處理方面，國內(nèi)專家、學者并沒有較深入的研究，工程界需要下一步不斷的探索。